[发明专利]一种节镍型高碳铁基高温合金及其制备方法

说明书

本发明公开了节镍型高碳铁基高温合金及其制备方法，通过设计合金成分，降低Ni的含量，调整C、Cr、Al、Ti和Nb的含量，采用真空感应熔炼、电渣重熔、锻造开坯、热轧、固溶和银亮加工，并控制各过程参数，制得节镍型高碳铁基高温合金，该节镍型高碳铁基高温合金不仅固相线温度高出常规的Fe‑Ni‑Cr基高温合金的锻造或热轧温度(1100～1120℃)大约50～80℃，同时Laves相的开始析出温度低于固相线温度,且具有较高的γ”相和γ'相等强化相开始析出温度,使得其性能也与镍基高温合金Inconel 751和Nimonic 80A性能相当。

技术领域

本发明涉及铁基类高温合金领域，尤其涉及一种节镍型高碳铁基高温合金及其制备方法，其具有耐热、高强度和抗氧化性等优良性能，主要作为发动机气门材料使用。

背景技术

随着国家对汽车发动机尾气排放要求的提高，发动机的气门材质逐渐由镍基高温合金Inconel 751和Nimonic 80A取代21～4NWNb、61Cr21Mn10Mo1V1Nb1N等奥氏体耐热钢，但这两类镍基高温合金的镍元素比较贵且含量比较多，因此人们把生产气门的气阀合金由镍基高温合金转向了低镍含量(20～40％)的铁基高温合金，相继研发了较多的气门用Fe-Ni-Cr基高温合金材料，而鉴于气门的使用环境中涉及耐磨性能，相继出现了高碳类型的Fe-Ni-Cr基高温合金；比如美国Eaton公司申请的US20080008617或CN 101484597 B公开了一种耐磨高温合金，在考虑高温耐热性和腐蚀性的同时进行了耐磨性设计，其主要合金成分(质量百分数)为:C0.15～0.35％、Ni25～40％、Cr15～25％、Al1.6～3.0％、Ti1～3.5％、Nb+Ta 1.1～3％、Mo≤0.5％、W≤0.5％、Si≤1％、Mn≤1％、B≤0.015％，利用碳和铌作用形成一定体积分数的MC型碳化物，这样提高合金的耐磨性能，但是该合金在实际制作气门的生产过程中，气门盘和杆中心经常会出现裂纹而致报废。

除此之外，还有如下专利中碳含量都存在≥0.1％的范围:

申请号201310349567.5公开了一种高强度节镍型气阀钢及其制备方法，化学成分重量百分比为:C:0.01～0.25％，Si:0.5～1.8％，Mn:0.20～1.80％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr:16.0～24.0％，Ni:18.0～28.0％，Al:0.5～2.5％，Ti:1.5～3.5％，Nb:0.5～2.5％，V:0.1～0.5％，Zr:0.001～0.050％，Ce:0.001～0.030％，Cu≤0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质；

申请号201410370362.X公开了一种节镍型气阀合金及其制备方法，化学成分重量百分数为:C:0.01～0.30％，Si:0.10～0.50％，Mn:0.40～2.0％，P≤0.030％，S≤0.030％，Cr:24.0～28.0％，Ni:40.0～50.0％，Al:0.7～2.5％，Ti:1.0～3.7％，Nb:0.2～2.5％，Mo:0.2～1.2％，V:0.05～0.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。

申请号201711343698.7公开了一种改进型气门不锈钢，按重量百分比及包括如下组分:碳:0～0.20％；硅:0～1.00％；锰:0～1.00％；磷:0～0.035％；硫:0～0.035％；铬:12.5～16.5％；镍:28.0～35％；所述改进型气门不锈钢按重量百分比还包括如下组分:钼:0.20～1.50％；铝:1.40～2.40％；钛:2.0～3.50％；铌:0.20～0.15％；其余为铁和不可避免的杂质。

申请号201911103173.5公开了一种低成本高性能气阀合金及其制备方法，化学成分重量百分数为:C:0.05～0.15％，Si:0.5～1.0％，Mn:0.20～1.20％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cr:20.0～25.0％，Ni:25.0～30.0％，Al:0.6～1.6％，Ti:2.0～3.0％，Nb:0.8～1.8％，V:0.1～0.4％，Zr:0.01～0.050％，Ce:0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。